Электропривод Советский патент 1981 года по МПК H02P7/42 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

1

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных областях науки и техники, где необходимо регулирование и стабилизация угловой скорости электропривода, например для регулирования частоты колебаний, возбуждаемых с помощью дебалансов, находящихся на валу двигателя, при технических испытаниях различных сооружений на вибрацию.

Известен электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, преобразователь частоты, подключенный к обмоткам асинхронного электродвигателя, задатчик частоты вращения подсоединенный к блоку регулирования частоты преобразователя, датчик тока, соединенный по цепи обратной связи с блоком регулирования напряжения преобразователя tl.

Такое устройство обеспечивает необходимую перегрузочную способность в заданном диапазоне, но не позволяет стабилизировать угловую ско- рость при изменении нагрузки. Уве-j личение жесткости механических характеристик и обеспечение более- широкого диапазона регулирования угловой скорости асинхронного электродвигателя может быть достигнуто применением замкнутых систем регулирования путем введения обратных связей, воздействующих одновременно на напряжение и ч,астоту. При этом замкнутая система, в общем случае, должна содержать контур стабилизации угловой скорости (обратная связь по частоте вращения ротора) и контур

10 регулирования напряжения или тока статора.

Известен электропривод в котором, наряду с указанными выше блоками регулирования, введена обратная

15 связь по частоте вращения ротора, В таких системах в качестве датчиков угловой скорости применяются ; тахогенераторы, фотодатчикЯ индукционные датчики и другие 2j.

20

Однако при исследовании динамики фундаментов, балок, систем турбоагрегат-фундамент-основание (ТФО) и других аналогичных объектов с целью их вибрационной приемки в экс25плуатацию в условиях повыиенной тряски и вибраций применение таких датчиков угловой скорости асинхронного электродвигателя исключается. Причем, такие объекты--отличаются

30 наличием нескольких резонансных частот, где усилия на валу двигателя существенно возрастают, что препятст вует исследованию динамики на резонансной частоте, а также затрудняет дальнейший разгон привода для повышения частоты возбуждаемыхколебаНИИ. Следовательно, устройства для исследования таких объектов должны обладать непрерывным регулированием частоты возбуждаемых колебаний в широком диапазоне и обеспечивать достаточно высокую точность стабили зации угловой скорости при изменени нагрузки и особенно в области резонансных частот. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки которого подключены к преобразователю частоты, блок задания частоты враще ния, соединенный с первым входом блока сравнения, второй вход которо го подсоединен к блоку измерения частоты вращения, а выход - к блока регулирования частоты и напряжения Однако применение в данном устро стве блока измерения частоты вращения, выполненного в виде навесного датчика, и угловой скорости ограничивает использование таких систем электропривода из-за ненадежности и работы в условиях больших вибраций, тряски, в агрессивных средах и др. Целью изобретения является повышение надежности и эффективности за отказа от применения навесных датчиков угловой скорости. Поставленная цель достигается те .что электропривод,содержащий асинхронный электродвигатель,обмотки ко торого подсоединены к преобразователю частоты, соединенный с первым входом блока сравнения,второй вход которого подсоединен к блоку измере ния частоты вращения, а выход - к блоку регулирования частоты и напря жения, снабжен дополнительной обмот кой на статоре асинхронного двигате ля, а блок измерения частоты вращения содержит блоки интегрирования, дифференцирования, блок возведения в квадрат, блок перемножения, блок сложения, при этом выход дополнительной обмотки соединен с входами указанных блоков дифференцирования и интегрирования, а выход последнего по|цсоединен. к первому входу блока уг ожения, второй вход которого через блок воз.ведения и квадрат соединен с блоком регулирования час тоты, выход блока умножения подсоединен к первому входу блока сложени второй вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход блока сложения является выходом блока измерения частоты вращ ния. На чертеже представлена функциональная схема электропривода. Электропривод состоит из статического преобразователя 1 частоты, выход которого подключен к обмоткам 2-4 статора асинхронного двигателя, на ротор 5 которого насажен дебаланс 6. Входы преобразователя 1 частоты соединены с выходами блоков 7 и 8 регулирования частоты и напряжения соответственно, причем вход блока 8 регулирования напряжения подключен к входу блока 9 сравнения вычитающий вход которого через блок 10обратной связи по напряжению соединен с выходом преобразователя 1 частоты. Вход блока 7 регулирования частоты подключен к одному из выходов функционального преобразователя 11,. второй выход которого соединен с суммирующим входом блока 9 сравнения. Дополнительная обмотка 12 в статоре асинхронного двигателя соединена со входами блоков 13 и 14 дифференцирования и интегрирования соответственно. Выход блока 14 интегрирования подключен к одному из входов блока 15 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 16 возведения в квадрат . Вход последнего подключен к выходу блока 7 регулирования частоты. Выходы блока 13 дифференцирования и блока 15 умножения соединены с входами блока 17 сложения, выход которого подключен к входу формирователя 18 импульсов. Выход последнего соединен с вычитающим входом блока 19 сравнения, суммирующий вход которого подключен к блоку 20 задания частоты вращения, а выход - к входу функционального преобразователя 11, Дополнительная обМ5тка 12, блоки 13 и 14 дифференцирования и интегрирования, блок умножения, блок возведения в квадрат и блок 17 сложения входят в блок измерения частоты вращения, выходом которого является выход блока 17 сложения. Устройство работает следующим образом. Требуемая частота возбуждаемых устройством колебаний обеспечивается с помощью блока 20 задания частоты вращения, который представляет собой управляемый генератор переменной частоты. Импульсы заданной частоты поступают через блок 19 сравнения, функциональный преобразователь 11на вход блока 7 регулирования частоты и определяют частоту подводимого к статору двигателя напряжения. Амплитуда подводимого к обмоткам 2-4 напряжения определяется величинойнапряжения управления, поступающего с другого выхода функционального преобразователя через блок 9 сравнения на вход блока 8 регули.рования напряжения. Статический прробраэователь 1 частоты представляет сЬбой двухзвенный преобразователь, состоящий из управляемого выпрямите ля и автономного инвертора. Система управления инвертором (блок 7 регулирования частоты) и система управления выпрямителем (блок 8 регулиро вания напряжения выполнены на типо вых логических элементах. Функционсшьный преобразователь 11 реализует закон регулирования напряжения в функции частоты, способствующие поддержанию постоянным магнитного потока в воздушном зазоре двигателя при частоте выходного напряжения преобразователя 1 меньше 50 Гц. При частоте больше 50 Гц напряжение на выходе преобразователя 1 остается постоянным и равным номинальному. Блок 10 обратной связи по напряжению необходим для компенсации падения напряжения в преобразователе частоты при изменении тока нагрузки в обмотках статора 2-4, вызванного увеличением или уменьшением нагрузк на валу двигателя (например, в области резонанса). Блок измерения частоты вращения вместе с форми Зова телем 18 сигнала служит для формиро вания сигнала, частота которого пропорциональна скорости асинхронно го электродвигателя. Датчиком для формирования сигнала, пропорционального угловой скорости асинхронного электродвигателя служит до полнительная обмотка 12, которая уложена в пазы статора. При подаче напряжения на рабочие обмотки двигателя в дополнительной обмотке 12 появляется сигнал, состоящий из ЭДС, частота которой равна частоте питающего напряжения и ЭДС зубцовых пульсаций ротора, пропорциональных по частрте скорости вращения ротора. В этом случае имеем следующее выражение e(t)--E SAM (ou,t 1-) 4 Е j,siv, Upifti-t+4i) Д гдеВ(. Eyj, - амплитуды ЭДС; (SJ Ш2. частоты питающего на ряжения и вращения ротора; ZP - число зубцов ротора/ Ч , Фо произвольные началь ные фазы. После дифференцирования на выход блока 13 дифференцирования получает ся сигнал вида d I d tt) -- U) E CO. (Ш,1+ 4) t f ZpUJjE jCOS (ZpOUjt 4-2) При регулировании скорости изме.нением частоты питающего напряжений в широком диапазоне возможна потеря информации о скорости ротора за счет наличия первого слагаемого в выражении (2), Для исключения этого слагаемого проинтегрируем сигнал (1 и на выходе блока интегрирования 16 получаем - , Je(Odi-- C05(ou,t.vf). . C05(ZpU).). С) Перемножив сигнал (3) в блоке умножения 15 с квадратом частоты поля статора ujZ получаем ,(t)--U),,E C06Cu),,(Zpt«j t+«f2) .Р 2 На выходе блока сложения 17 после сложения сигчалов (2) и (4) получаем сигнал вида Z e,Ct)(ZpUJ2t 4z), т.е. получаем сигнал с-амплитудой 2:|ц)а-ш Р грил 2 и частотой Zptu2 , которая пропорциональна скорости двигателя. Далее этот сигнал подается на формирователь 18, и после сравнения в блоке 19 сравнения с задающей частотой разностный сигнал поступает на схему управления преобразовате;1ем частоты. , Применение устройства позволяет существенно повысить качество работы системы электропривода в сложных эксплуатационных условиях, за счет рассмотренной функционгшьной схемы выявления сигнала, пропорционального частоте вращения двигателя. Использование данного устройства при исследовании динамики фундаментов, балок -и других аналогичных объектов с целью их вибрационной приемки в эксплуатацию позволяет обеспечить точность поддержания угловой ;корости привода в пределах 0,3+0,5%., Кроме того, на время испытаний необходимо останавливать строительномонтажные работы, а внедрение предлагаемого устройства сокращает продолжительность вибрационных испытаний фундаментов, вследствие повышенной надежности и обеспечения более широкого диапазона частоты возбуждаемых колебаний. Формула изобретения Электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, обмотки которого подключены к преобразователю частоты, соединенному с первым входом блока сравнения, агорой вход которого подсоединен к блоку измерения частоты вращения,а выход - к блокам регулирования частоты напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, асинхронный электродвигатель снабжен дополнительной обмоткой, расположенной на его статоре и введены блоки интегрирования, дифференцирования, блок возведения в квадрат, блок перемножения, блок сложения, причем дополнительная обмотка соединена со входами блоков дифференцирования и интегрирования, а выход последнего подсоединен к первому входу блока умножения, второй вход которого через блок возведения в квадрат соединен с блоком регулирования частоты, выход блока умножения подсоединен к первому входу блока сложения, второй вход которого соединен с выходом блока дифференцирования, а выход блока сложения является выходом блокаизмерения частоты вращения.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

3.Сандлер А.С., Сарбатов Р,С, Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М., Энергия, 1974, с. 37. РИС.2-2.